VDI VDE 3518 Blatt 2-2014 Multigas sensors - Function classification and assessment.pdf

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1、ICS 71.040.40 VDI/VDE-RICHTLINIEN Oktober 2014 October 2014 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Multigassensoren Klassifizierung, Prfung und Bewertung Multigas sensors Function, classification and assessment VDI/VDE 3518 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsc

2、h/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Pr

3、ozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI-Handbuch Raumlufttechnik VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 5: Spezielle Verfahrenstechniken Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for

4、internalusenotpermittedFrhereAusgabe:06.13Entwurf, deutschFormeredition:06/13Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2014Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1

5、Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 4 4 Klassifizierung 6 5 Prfumfang und Prfablauf 7 6 Prfung der allgemeinen Anforderungen . 7 6.1 Angaben zum Gebrauch . 7 6.2 Bauweise und Bedienung . 8 6.3 Softwarevalidierung . 9 7 Prfverfahren 9 7.1 Allgemeines . 9 7.2 Normalbedingungen fr d

6、ie Prfgase und die Prfungen 9 7.3 Grundanforderungen an das Verhalten von Multigassensoren 11 7.4 Prfung der Gertelagerung . 12 7.5 Mechanische Prfungen . 12 7.6 Elektrische Prfungen 13 7.7 Prfung der Leistungsmerkmale 14 7.8 Umweltprfungen 17 8 Bewertung . 18 9 Prfbericht . 19 Anhang A bersicht der

7、 Prfungen 20 Anhang B Auswahl von Prfgaszusammensetzungen 22 Schrifttum 26 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 4 4 Classification 6 5 Testing scope and procedure 7 6 Tests for the general requirements . 7 6.1 Information on use . 7 6.2 C

8、onstruction and operation 8 6.3 Software validation 9 7 Test procedure 9 7.1 General . 9 7.2 Normal conditions for test gases and testing. 9 7.3 Basic requirements for the behaviour of multigas sensors 11 7.4 Storage tests . 12 7.5 Mechanical testing . 12 7.6 Electrical testing 13 7.7 Testing perfor

9、mance characteristics 14 7.8 Ambient conditions tests 17 8 Assessment 18 9 Test report . 19 Annex A Overview of tests . 21 Annex B Selection of test gas compositions 23 Bibliography 26 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01 2 VDI/VDE 3518 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vo

10、rbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, je

11、weils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Ri

12、chtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), stor

13、age in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary

14、 contributors to this standard. Einleitung Die Richtlinienreihe VDI/VDE 3518 liefert Her-stellern, Anbietern und Nutzern als ein Leitfaden Informationen und Erluterungen fr die korrekte und sichere Arbeit mit Multigassensoren. Sie be-steht aus mehreren Blttern. Blatt 1 definiert Begriffe, beschreibt

15、 den Aufbau von Multigassensoren und klassifiziert diese. Es stellt Mindestanforderungen an Multigassensoren auf und benennt Kenngren und Gteklassen zu deren Bewertung. Somit erlutert es die wichtigsten Begriffe und Definitionen in diesem Bereich und bietet eine Orientierungshilfe fr die Anwendung v

16、on Multigassensoren. Blatt 2 beschreibt die Anforderungen und die Pr-fung von Multigassensoren. Die Prfung erfolgt unter Bercksichtigung der Klassifizierung in An-wendungskategorien und Funktionalitten. Dabei wird eine Bewertung hinsichtlich verschiedener Gteklassen vorgenommen. Weitere Bltter sind

17、in Planung, die sich mit spezi-ellen Anwendungen, der Charakterisierung von Gerchen mit elektronischen Nasen und Hinweisen fr eine sachgeme Handhabung von Multigas-sensoren befassen. Eine Liste der aktuell verfgba-ren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3518. Die

18、se Richtlinie wurde im Fachausschuss Multi-gassensorik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) erarbeitet. Introduction The series of standards VDI/VDE 3518 serves as a guideline for manufacturers, suppliers and users, and provides information and explanatory notes on worki

19、ng correctly and safely with multigas sen-sors. It consists of several parts. Part 1 defines the terminology, describes the con-struction of multigas sensors and classifies them by type. It specifies minimum requirements and lists parameters and quality categories for the assessment of multigas sens

20、ors. Thus, it explains the most im-portant concepts and definitions in this field and provides guidance for using multigas sensors. Part 2 describes the requirements and the testing of multigas sensors. Testing takes into account the classification into application categories and func-tionalities. A

21、ssessment in terms of various quality categories is carried out. Additional parts are being planned. They will deal with special applications, the characterisation of odours by means of electronic noses and notes on the proper handling of multigas sensors. A cata-logue of all available parts of this

22、 series of stand-ards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3518. This standard was prepared by the Multigas Sensor Technology Technical Committee of VDI/VDE Society Measurement and Automatic Control (GMA). 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie gilt fr Multigassensoren, die verwendet werden f

23、r das Unterscheiden (Diffe-renzieren), Erkennen (Identifizieren) und men-genmige Bestimmen (Quantifizieren) mehrerer gasfrmiger Stoffe. 1 Scope This standard covers multigas sensors used for the differentiation, identification and quantification of several gaseous substances. B55EB1B3E14C22109E918E8

24、EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VDE 3518 Blatt 2 / Part 2 3 Darber hinaus knnen Multigassensoren als elekt-ronische Nasen in Anlehnung an den biologischen Geruchssinn zur Wahrnehmung und Charakterisie-rung von Gerc

25、hen eingesetzt werden. Einzelne binre Gasgemische werden nicht betrachtet, da sie in der Regel auch mithilfe von entsprechenden Monogassensoren untersucht werden knnen. Mul-tigassensoren sollen mindestens zwei gasfrmige Komponenten (Zielgase) in einem mindestens ternren Gasgemisch detektieren, wobei

26、 die Ziel-gase simultan im Gasgemisch enthalten sind. Auch die Detektion von mehreren jeweils singulr in ternren Gasgemischen auftretenden gasfrmigen Komponenten wird zum Anwendungsbereich von Multigassensoren gerechnet. Die Spezifik von Multigassensoren besteht darin, dass durch die Wahl und Betrie

27、bsweise der Senso-ren eine Vielzahl von Messsignalen erzeugt wer-den, aus denen mit mathematischen Verfahren die fr die Anwendung gewnschten Informationen extrahiert werden. Hierzu ist hufig ein Training der Messeinrichtung (Multigassensor) mit Gaspro-ben bekannter Zusammensetzung notwendig. Diese R

28、ichtlinie hilft Herstellern von Multigas-sensoren sowie Prflaboratorien und Nutzern, bei der Beurteilung von Leistungsmerkmalen einheit-lich vorzugehen und dafr gemeinsame Randbe-dingungen anzugeben. Dabei ist zu bercksichtigen, dass die Art und An-zahl der Gase und ihrer Konzentrationen uerst vielf

29、ltig sein kann und daher spezifische Anforde-rungen und Prfungen nicht fr alle Anwendungs-kategorien und Funktionalitten detailliert vorge-geben werden knnen. Es werden daher Mindest-anforderungen und Leitlinien fr die Ausfhrung von umfangreicheren Prfungen angegeben. Furthermore, multigas sensors c

30、an be used as elec-tronic noses, based on the biological sense of smell, for the detection and characterisation of odours. Single binary gas mixtures are not consid-ered, since usually they can also be investigated with the help of appropriate single-gas sensors. Multigas sensors should detect at le

31、ast two gaseous components (target gases) in an at least ternary gas mixture, with the target gases contained simultane-ously in the gas mixture. The detection of gaseous components that each occur on its own in ternary gas mixtures, is also regarded as part of the scope of multigas sensors. The spe

32、cific feature of multigas sensors consists in the fact that resulting from the choice and operating method of the sensor, a large number of measuring signals are generated from which the information needed for the particular application is extracted, using mathematical methods. Often, this requires

33、training the measuring equipment (multigas sensor) with gas samples of known composition. This standard helps manufacturers of multigas sensors, test laboratories and users, to proceed consistently when assessing performance charac-teristics and to quote common boundary conditions for them. It shoul

34、d be borne in mind that the type and num-ber of gases and their concentrations may vary over a considerable range, therefore it is impossi-ble to list in detail specific requirements and tests for all application categories and functionalities. Therefore, minimum requirements and guidelines are quot

35、ed for performing more extensive tests. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN EN 45544*VDE 0400-22 Arbeitsplatzatmo-sphre; Elektrische Gerte fr die direkte De-tektion und direkte Konzentrationsmessung to-xischer Gase und Dmpf

36、e DIN EN 50104*VDE 0400-20:2011-04 Elektrische Gerte fr die Detektion und Messung von Sau-erstoff; Anforderungen an das Betriebsverhalten und Prfverfahren; Deutsche Fassung EN 50104: 2010 DIN EN 60079-29*VDE 0400 Explosionsfhige Atmosphre; Teil 29: Gasmessgerte VDI/VDE 3518 Blatt 1:2011-05 Multigass

37、ensoren; Begriffe, Aufbau und Arbeitsweise, Klassifizie-rung 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN EN 45544*VDE 0400-22 Workplace atmos-pheres; Electrical apparatus used for the direct detection and direct concentration

38、 measurement of toxic gases and vapours DIN EN 50104*VDE 0400-20:2011-04 Electrical apparatus for the detection and measurement of oxygen; Performance requirements and test methods; German version EN 50104:2010 DIN EN 60079-29*VDE 0400 Explosive atmos-pheres; Part 29: Gas detectors VDI/VDE 3518 Part

39、 1:2011-05 Multigas sensors; Terms, configuration, function and classifica-tion B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01 4 VDI/VDE 3518 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie

40、gelten die Begriffe nach VDI/VDE 3518 Blatt 1 sowie die folgenden Begriffe: Abweichung der Ergebnisanzeige Differenz zwischen der Ergebnisanzeige eines Multigassensors bei Beaufschlagung mit einem Prfgasgemisch als Referenz und dem aufgrund der Zusammensetzung des Prfgasgemischs be-grndet zu erwarte

41、nden Ergebnisanzeige. Anwendungskategorie Einteilung in hnliche Anwendungsbereiche eines Multigassensors, wobei unterschieden wird in die Kategorien Komfort, Diagnose, Prozessberwachung und Sicherheit. in Anlehnung an VDI/VDE 3518 Blatt 1 Anwrmzeit Notwendige Zeit fr die Herstellung der Betriebs-ber

42、eitschaft des Multigassensors. Anmerkung: Fr Multigassensoren ist dies die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Einschaltens des Gerts in einer definierten Atmosphre (Nullgas oder Standardprfgasgemisch) und dem Zeitpunkt, an dem die Endanzeige erreicht wird. Einstellzeit Zeitspanne zwischen dem Zei

43、tpunkt eines sprung-haften Wechsels am Eingang des Sensors im er-wrmten Zustand von Nullgas zu Standard-prfgas oder umgekehrt und dem Zeitpunkt, an dem die nderung des Messsignals einen festge-legten Anteil (x) der Endanzeige erreicht. Anmerkung: Hufig betrgt bei steigender Zielgaskonzentra-tion x =

44、 90 oder bei fallender Zielgaskonzentration x = 10, das heit 90 % oder 10 % der Endanzeige des Sensors bei Stan-dardprfgaskonzentration t90 bzw. t10, siehe Bild 1. Bild 1. Erluterung von Einstellzeit bei steigender oder fallender Gaskonzentration 1 Konzentrationsverlauf 2 Sensorsignal 3 Terms and de

45、finitions For the purposes of this standard, the terms and definitions as per VDI/VDE 3518 Part 1 and the following terms and definitions apply: Deviation of the indicated result Difference between the indicated result of a multigas sensor when exposed to a test gas mixture as a reference, and the r

46、esult expected from the composition of the test gas mixture. Application category Classification into similar application areas of a multigas sensor, under the following categories: comfort, diagnosis, process monitoring and safety. adapted from VDI/VDE 3518 Part 1 Warm-up time Time needed to reach

47、the multigas sensors opera-tional readiness. Note: For multigas sensors, this is the time between switching on the equipment in a defined atmosphere (zerogas or standard test gas mixture) and reaching the final display. Time of response Time between an abrupt change at the sensors input in the warme

48、d-up state from zero gas to standard test gas or vice versa, and the time at which the change in the measurement signal reach-es a defined fraction (x) of the final indication. Note: Often, for an increasing target gas concentration x = 90 or for a decreasing target gas concentration x = 10, i.e. 90

49、 % or 10 % of the sensors final display for a standard test gas con-centration t90 or t10, see Figure 1. Figure 1. Visualisation of settling time for a rising or falling gas concentration 1 concentration 2 sensor signal B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VDE 3518 Blatt 2 / Part 2 5 Endanzeige Ergebnisanze